CN211528263U - 一种便携式材料热物性测试装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式材料热物性测试装置，涉及材料热物性测量技术领域，它包括电加热模块、测温模块、数据采集模块、数据处理模块和显示模块，电加热模块通过导线与测温模块连接，测温模块通过导线与数据采集模块连接，数据采集模块通过导线与数据处理模块连接，数据处理模块通过导线与显示模块连接。本便携式材料热物性测试装置基于瞬态平板热源法原理，检测时间短，精度高，且适用于现场材料导热系数的测量；采用镀镍碳纤维加热丝，比传统的金属镍电加热，发热更快、热均匀性更好；适用于保温材料不同表面形状导热系数的测量，适用范围更广；系统简单，装置轻巧，无需连接计算机，可快速获得材料的导热系数，更适合推广。

Description

一种便携式材料热物性测试装置

技术领域：

本实用新型涉及材料热物性测量技术领域，具体涉及一种便携式材料热物性测试装置。

背景技术：

导热系数作为保温材料重要热物性参数之一，数值上等于单位温度梯度单位时间通过单位面积的导热量，是表征材料导热和绝热性能的关键热物性参数。科学准确的计算保温材料的导热系数，对于降低生产耗能，减少运行成本，具有重要意义。

目前，导热系数的测量方法主要分为稳态法和瞬态法两大类。在稳态法中，先利用热源对样品加热，使加热和散热过程达到平衡状态，在样品内部形成一个稳定的温度场，根据此时的温度梯度和单位面积上的传热速率，再结合傅里叶定律，就可以算出被测材料的导热系数。稳态法一般测试时间长、对样品尺寸要求较为苛刻、且受环境、气候等影响较大。瞬态法根据测量实验过程中试样温度分布情况随时间的变化，即根据瞬态热传导微分方程结合测量的温度变化率值，间接计算样品的热物理参数。该测试方法实验时间短，对外界环境要求低，测试技术也较为成熟。虽然，相比稳态法，瞬态法测试时间虽短，但其设备成本较高，体积较大，且不能进行现场测量。因此，迫切需要一种可对现场保温材料导热系数进行测试且精度符合要求的装置。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种便携式材料热物性测试装置，它可以有效地克服现有测量技术测试时间长、操作繁琐且不能进行现场测量的不足。

本实用新型采用的技术方案为：一种便携式材料热物性测试装置，包括电加热模块、测温模块、数据采集模块、数据处理模块和显示模块，电加热模块通过导线与测温模块连接，测温模块通过导线与数据采集模块连接，数据采集模块通过导线与数据处理模块连接，数据处理模块通过导线与显示模块连接。

所述的电加热模块由探头组成，探头包括绝缘膜、加热丝和绝热层，绝缘膜、加热丝和绝热层由左至右依次分布。

所述的探头长4～6cm，宽2～4cm，厚6.5～7.5cm。

所述的绝缘膜采用聚酰亚胺绝缘薄膜，其厚度为0.05～0.15mm；所述的加热丝采用镀镍碳纤维电热丝，其厚度为1～3mm；所述的绝热层采用玻璃纤维绝热层，其厚度为4～6mm。

所述的数据处理模块为单片机。

所述的电加热模块、测温模块、数据采集模块、数据处理模块和显示模块安装于装置外壳内，装置外壳上部设有显示窗口，显示窗口下方设有按钮，装置外壳下部为手柄。

所述的探头通过导线与按钮连接。

所述的显示模块由显示窗口组成。

所述的电加热模块的电源采用由四个串联在一起的锂电池组成的充电式电池组。

具体步骤如下：

1）启动电源的按钮；

2）待加热功率恒定后，将绝缘膜一侧贴至待测表面，并用手紧按住绝热层一面10s左右；

3）通过显示模块读取导热系数；

4）重复2）和3）步骤多次，取平均值；

5）关闭电源。

本实用新型的有益效果是：本便携式材料热物性测试装置，基于瞬态平板热源法原理，检测时间短，精度高，且适用于现场材料导热系数的测量；采用镀镍碳纤维加热丝，比传统的金属镍电加热，发热更快、热均匀性更好；适用于保温材料不同表面形状导热系数的测量，适用范围更广；系统简单，装置轻巧，无需连接计算机，可快速获得材料的导热系数，更适合推广。

附图说明：

图1是本实用新型系统图；

图2是本实用新型探头结构示意图；

图3是本实用新型加热丝布置图；

图4是本实用新型电加热模块原理示意图；

图5是本实用新型装置外部结构图。

具体实施方式：

参照各图，一种便携式材料热物性测试装置，包括电加热模块1、测温模块2、数据采集模块3、数据处理模块4和显示模块5，电加热模块1通过导线与测温模块2连接，测温模块2通过导线与数据采集模块3连接，数据采集模块3通过导线与数据处理模块4连接，数据处理模块4通过导线与显示模块5连接。所述的电加热模块1由探头10组成，探头10包括绝缘膜1-1、加热丝1-2和绝热层1-3，绝缘膜1-1、加热丝1-2和绝热层1-3由左至右依次分布。所述的探头10长4～6cm，宽2～4cm，厚6.5～7.5cm。所述的绝缘膜1-1采用聚酰亚胺绝缘薄膜，其厚度为0.05～0.15mm；所述的加热丝1-2采用镀镍碳纤维电热丝，其厚度为1～3mm；所述的绝热层1-3采用玻璃纤维绝热层，其厚度为4～6mm。所述的数据处理模块4为单片机。所述的电加热模块1、测温模块2、数据采集模块3、数据处理模块4和显示模块5安装于装置外壳6内，装置外壳6上部设有显示窗口7，显示窗口7下方设有按钮8，装置外6下部为手柄9。所述的探头10通过导线与按钮8连接。所述的显示模块5由显示窗口7组成。所述的电加热模块1的电源采用由四个串联在一起的锂电池组成的充电式电池组。

具体步骤如下：

1）启动电源的按钮8；

2）待加热功率恒定后，将绝缘膜1-1一侧贴至待测表面，并用手紧按住绝热层1-3一面10s左右；

3）通过显示模块5读取导热系数；

4）重复2）和3）步骤多次，取平均值；

5）关闭电源。

所述电加热模块1的探头10作为平面热源，对被测表面进行加热。所述测温模块2可测量非稳态下所述探头不同时刻的温度，并将测得的数据送至所述数据采集模块3。所述数据处理模块4将获得的温度带入到预先设计好的计算模型和计算方法，计算得出待测表面的导热系数。所述显示模块5为一显示窗口7，将计算结果显示出来。

所述电加热模块1的加热丝1-3为镀镍碳纤维电热丝，是由镀镍碳纤维作为电阻式温度传感器和加热热源，碳纤维作为电热体具有升温迅速、热滞后性小、电热转换率高、发热面积大而均匀，使用寿命长等优点，其性能远远优于金属电热体；而金属镍作为电阻式温度传感器的优异材料，电阻温度系数较高。镀镍碳纤维具有更快的加热速率，可代替传统的金属镍探头。

所述的绝缘膜1-1为聚酰亚胺绝缘薄膜，采用聚酰亚胺薄膜作为保护材料，保持探头10与样品间的电绝缘性；所述的绝热层1-3为玻璃纤维绝热层，采用玻璃纤维作为绝热材料，降低加热丝与环境的换热量。

所述探头10柔性好，可适用于平面、球面、柱面以及其他弯曲表面导热系数的测量。

所述加热丝1-2的温度与加热丝1-2的电阻成线性关系，所述测温模块2是通过测量电热丝与固定电阻两端的电压计算探头在不同温度下的阻值，从而反演加热丝1-2的温度。

所述数据处理模块4是一块单片机，可通过编入程序计算出待测表面的导热系数。

综上所述，本便携式材料热物性测试装置，基于瞬态平板热源法原理，检测时间短，精度高，且适用于现场材料导热系数的测量；采用镀镍碳纤维加热丝，比传统的金属镍电加热，发热更快、热均匀性更好；适用于保温材料不同表面形状导热系数的测量，适用范围更广；系统简单，装置轻巧，无需连接计算机，可快速获得材料的导热系数，更适合推广。

Claims (9)

1.一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：包括电加热模块(1)、测温模块(2)、数据采集模块(3)、数据处理模块(4)和显示模块(5)，电加热模块(1)通过导线与测温模块(2)连接，测温模块(2)通过导线与数据采集模块(3)连接，数据采集模块(3)通过导线与数据处理模块(4)连接，数据处理模块(4)通过导线与显示模块(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：所述的电加热模块(1)由探头(10)组成，探头(10)包括绝缘膜(1-1)、加热丝(1-2)和绝热层(1-3)，绝缘膜(1-1)、加热丝(1-2)和绝热层(1-3)由左至右依次分布。

3.根据权利要求2所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：所述的探头(10)长4～6cm，宽2～4cm，厚6.5～7.5cm。

4.根据权利要求2所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：所述的绝缘膜(1-1)采用聚酰亚胺绝缘薄膜，其厚度为0.05～0.15mm；所述的加热丝(1-2)采用镀镍碳纤维电热丝，其厚度为1～3mm；所述的绝热层(1-3)采用玻璃纤维绝热层，其厚度为4～6mm。

5.根据权利要求1所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：所述的数据处理模块(4)为单片机。

6.根据权利要求1所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：所述的电加热模块(1)、测温模块(2)、数据采集模块(3)、数据处理模块(4)和显示模块(5)安装于装置外壳(6)内，装置外壳(6)上部设有显示窗口(7)，显示窗口(7)下方设有按钮(8)，装置外壳(6)下部为手柄(9)。

7.根据权利要求2或6所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：探头(10)通过导线与按钮(8)连接。

8.根据权利要求1或6所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：显示模块(5)由显示窗口(7)组成。

9.根据权利要求1所述的一种便携式材料热物性测试装置，其特征在于：所述的电加热模块(1)的电源采用由四个串联在一起的锂电池组成的充电式电池组。

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